В поисках ритма

О том, какие методы разрабатывают и используют российские ученые для борьбы с аритмией, рассказывает Константин Игоревич Агладзе — доктор биологических наук, профессор Московского физико-технического института (МФТИ), заведующий лабораторией в Московском областном научноисследовательском клиническом институте (МОНИКИ) им. М.Ф. Владимирского.

— Константин Игоревич, почему именно исследования аритмии легли в основу ваших профессиональных интересов? 

— Все началось на заре моей научной юности. В свое время я поступил на работу в Институт биологической физики Академии наук СССР1 — в лабораторию, изучавшую процессы распространения возбуждения в сердце. Известно, что если это распространение нарушается, возникает то, что мы называем аритмиями, приводящими в конечном счете к сердечной недостаточности и иногда — к внезапной смерти. 

Сердечная недостаточность может развиться из-за слабости мышцы сердца, когда она не качает кровь должным образом. А могут быть ситуации, когда здоровый на вид человек с сильным сердцем неожиданно умирает от его остановки. Такое случается с профессиональными спортсменами — фигуристами, футболистами, хоккеистами. Когда после летального исхода начинают разбираться, оказывается, что сердечная мышца была на 90 % в порядке. Повреждение же 5–7 % массы миокарда приводит к таким катастрофическим последствиям. 

На самом деле столь небольшие изменения могут вызвать сбой работы всего сердца. Оно представляет собой организованный ансамбль клеток, которые очень «оркестрированно» сокращаются. И благодаря этому мы получаем продвижение крови по сосудам.

— Вы говорите о том, что специалистам удается обнаружить после смерти. А как такие нарушения можно установить прижизненно? 

— Вопрос действительно сложный. Хорошо, когда проблемы можно увидеть во время диспансеризации, на ЭКГ. Но в некоторых ситуациях — никогда и никак. С другой стороны, это все же редкий случай. Эпизоды внезапной смерти нечасты. Почему такое бывает? Потому, что в большом спорте почти всегда работают на пределе возможностей. У спортсменов случается много травм, в том числе мышечных. Точно так же происходит и травматизация сердца. 

— Человек всегда ощущает свою аритмию? 

— Не всегда. И если ощущает, то часто по-разному. Аритмология — огромная биомедицинская наука. Мы занимаемся биофизикой феномена аритмии, поскольку наш подход интересен именно с физической точки зрения. Я заканчивал Московский физико-технический институт и кандидатскую диссертацию защитил по физике, а докторскую — уже по биологии. 

— Чем ваши исследования оригинальны, что нового вы обнаружили? 

— Оригинальность во многом обусловлена тем, как организованы исследования. В нашем случае сочетаются фундаментальная физическая наука и практическая медицина. Сейчас я руковожу лабораторией в Московском областном научно-исследовательском клиническом институте, а когда-то создавал лабораторию в Физтехе. Казалось бы, какая связь? Дело в том, что это дает очень тесную связку лечебного учреждения и учебного заведения. 

Во-первых, мы разработали методику, позволяющую анализировать работу сердца человека на клеточном и даже субклеточном уровне. Во время операции у пациента берется биоптат — фрагмент мышечной ткани сердца. Выделяя затем из этого фрагмента отдельные клетки, мы можем определять, например, склонность человека тем или иным видам аритмии. Кроме того, мы уже начинаем получать данные по индивидуальной чувствительности к ряду препаратов, что поможет создать пул различных патологий у этих пациентов. 

— Как это будет выглядеть? 

— В идеале примерно так: известно, что у человека есть постоперационная аритмия. Понятно, что проблемы с сердцем не закончились. Какое лечение в этом конкретном случае будет наиболее эффективным? Какие можно дать персонализированные рекомендации? Мы хотим найти ответы на все эти вопросы. 

— И наши ученые первыми занялись этими изысканиями? 

— Не могу сказать, что мы здесь первопроходцы. Подобное делается, к примеру, в Соединенных Штатах. Но по большому счету с таким комплексным подходом, как у нас, этим занимаются не более 10 учреждений в мире. И еще мы осуществляем клеточное репрограммирование. Возможность перепрограммирования клеток появилась после того, как в 2006 г. Синъя Яманака открыл способ возвращать терминально дифференцированные, то есть высокоспециализированные клеточные элементы в стволовое, исходное состояние. У человека около 200 различных типов клеток. Они отличаются по своим функциям и фенотипу, но генотип при этом имеют одинаковый. Это подобно тому, как детектив находит волос и может по нему одному определить генотип человека — сугубо индивидуальный. 

— Но почему клетки такие разные? 

— Есть такая наука — эпигенетика. Она изучает изменения активности генов, не затрагивающие структуру ДНК. Иначе говоря, эпигенетические процессы перестраивают реализуемую картину того, какие гены считываются в реальности, чтобы воспроизвести клетку. Изменяя набор и последовательность считываемой генетической информации, можно поменять клеточный тип. И сейчас такие манипуляции выполняются в лаборатории. Более того — появилась возможность применять эту методику в медицине. 

— Каким образом? 

— Пока, конечно, в исследовательских работах. Например, можно получить некоторое количество костного мозга, выделить из него стволовые клетки, а затем с помощью направленной дифференцировки сформировать клеточные элементы нужного типа, например кардиомиоциты. 

Сейчас есть возможность сравнить клетки непосредственно из сердца пациента с теми, которые получаются при прямой дифференцировке из его же стволовых клеток. И это важно вот почему: клетки, формирующиеся из стволовых, — молодые; они несут в себе то, что у человека было в юности. Это своего рода наша память о молодости. Те же, что берутся из сердца, «отягощены» всей жизнью пациента; их можно назвать «старыми» клетками. Анализируя разницу между этими клеточными типами, можно, в частности, сделать выводы о том, какие факторы были повреждающими, что именно привело к болезни. 

— Мы сейчас говорим о диагностике. А какое возможно лечение? 

— Наши нынешние работы связаны в основном с фундаментальной наукой, а точнее — с ее переходом к практическим приложениям. Что сейчас наиболее близко к использованию на практике, в лечении? Здесь снова надо вспомнить стволовые клетки. Их можно получить из некоторого количества крови или костного мозга путем клеточного репрограммирования. И тут возникла идея: если существует технология и известен механизм, можно эти «выращенные» кардиомиоциты вживлять в поврежденные участки сердца — постинфарктные рубцы, замещая их нормальной мышечной тканью. 

— Получилось? 

— Это хорошая идея, но она оказалась трудно реализуемой. Потому что просто заменить часть стенки сердца оказалось сложно. Вырастить тонкую полоску сердечной ткани можно, и делать это уже научились. Однако толщина ее в любом случае не превышает 0,5 мм. И пока сделать толще не получается, несмотря на большое количество попыток. 

— Почему? 

— Причина в том, что в выращенной таким образом ткани все клетки могут жить за счет диффузии кислорода, и обмен метаболитами с окружающей средой происходит относительно эффективно. А если стоит задача сформировать более толстые слои, нужна васкуляризация — кровеносное русло. Иначе клетки, находящиеся в глубине, просто погибнут от недостатка питания. И вот эту проблему — вырастить достаточно толстый участок сердечной ткани с сосудистым руслом и пересадить его реальному реципиенту — никто пока еще не решил. 

— Но ведь в сердце есть небольшие по размеру элементы. Может быть, надо работать с ними? 

— Да, это важный вопрос. Отдельные микроструктуры весьма значимы; они не такие большие, и с ними действительно можно работать. Например, так называемый синусовый1 узел — наш водитель ритма, который его задает. Это образование расположено в одном из синусов, небольшом углублении между устьем верхней полой вены и  ушком правого предсердия. 

Есть такая болезнь — синдром слабости синусового узла, и людям, страдающим им, нужно имплантировать искусственные водители ритма, или кардиостимуляторы. Но здесь есть проблемы. В частности, эти устройства — по крайней мере, большинство из них — никак не реагируют на гормональный, эмоциональный фон и другие изменения2 . Значит, в таких случаях надо, образно говоря, подкручивать ручку, которая регулирует стимулятор.

— Неудобно… 

— И вот еще что: не следует думать, что синдром слабости синусового узла — прерогатива пожилых. Нет, это часто бывает даже у детей. А им имплантировать стимуляторы совсем сложно. Дети растут, меняется вся геометрия тела. Следовательно, нужно эту операцию повторять с течением времени. 

Вырастить клетки, которые брали бы на себя функции синусового узла, а потом их туда подсадить, — вполне реально. Безусловно, это можно считать лечением. Такую работу мы начинали с  коллегами из Национального медицинского исследовательского центра им. акад. Е.Н. Мешалкина. Это один из самых продвинутых кардиоцентров не только в нашей стране, но и в мире. Однако по разным причинам, частично связанным с  пандемией новой коронавирусной инфекции, проект временно прервался. Сейчас мы его «оживляем». И, думаю, в этом направлении скоро продвинемся к первым результатам. 

А еще из практических возможностей важно то, что образцы ткани сердца можно использовать для исследования фармпрепаратов на кардиотоксичность и  эффективность. 

— Именно антиаритмических? 

— В том числе. Изучение антиаритмиков таким способом имеет огромное значение, и вот почему. Обычно берется перспективное вещество, исследуется на животных моделях, чаще всего на крысах и мышах. И оказывается, что у  крыс, несмотря на то что генетически мы довольно близкие «родственники», нет многих мембранных ионных каналов, имеющихся у человека. Поэтому целый ряд антиаритмиков на крысах испытывать невозможно — это препараты III класса¹ . 

Далее, соединение может оказаться совершенно безвредным для крыс и очень токсичным для человека, если оно будет подавлять калиевые токи. Это означает, что использовать крыс как экспериментальную модель не всегда возможно. На ком же тогда проводить исследования: на обезьянах, на человеке? Но, поскольку на людях ставить эксперименты нельзя, а  на обезьянах  — чрезвычайно дорого, такое выращивание фрагментов сердечной ткани может решить проблему. Мы это умеем. И это тоже очень важное направление нашей работы. 

— Константин Игоревич, то, что вы находитесь на базе большого клинического медицинского учреждения, играет роль в ваших исследованиях? 

— Безусловно! Мы говорили о биоптатах. Лаборатория в МФТИ имеет возможность эти биоптаты анализировать, но кто-то должен их предоставлять — кто, как не кардиохирурги? И чтобы уважаемые коллеги согласились это делать, нужно поддерживать с ними хорошие рабочие отношения. А еще лучше работать вместе с кардиохирургами в  одном центре и  иметь общую программу исследований. У нас все это есть. Тесная связь между нами — физиками и врачами крайне важна. 

— Вам не приходится общаться непосредственно с пациентами, осматривать их, консультировать? 

— Нет, мы же не врачи. Но на самом деле Вы задаете интересный вопрос. Кафедра физики живых систем Физтеха, на которой я состою профессором, пошла на очень серьезный шаг: предоставила нескольким студентам возможность заниматься по двойной программе. Они учились и в Физтехе, и в Сеченовском Университете, чтобы получить сразу два диплома — практикующего врача и физика-исследователя. Это оказалось очень тяжелым делом: только два человека, по-моему, дошли до самого конца. Так что разделение все же есть. С пациентами работают врачи; мы же «заходим» немного с другой стороны. Однако если хотя  бы двое смогли освоить обе программы — значит, такое все-таки возможно. 

— Мы сейчас говорим об уже состоявшихся аритмиях, на которые можно пытаться воздействовать тем или иным способом, как-то облегчая человеку жизнь. А нет ли каких-нибудь универсальных советов для тех, кто не хочет заболеть? Ведь профилактика всегда лучше лечения. 

— С  точки зрения биофизики скажу честно: есть люди, которым никак мимо своей аритмии не пройти, потому что это может быть сопряжено с рядом генетических факторов. Просто не повезло. В этом случае правильным будет как можно раньше узнать об этой склонности — тогда можно избежать дополнительных повреждающих влияний. 

В остальных ситуациях существуют очень простые рекомендации: в  первую очередь избегать чрезмерных нагрузок на сердце. Я очень серьезный противник спорта больших достижений, потому что это калечащее занятие. Настоящие спортсмены — в каком-то смысле современные гладиаторы. Они, конечно, не сражаются друг с другом на мечах, но на самом деле со своим телом обходятся очень сурово. 

Здесь я совершенно не оригинален. Есть великолепная книга Юрия Власова с описанием проблем, которые он «приобрел» за счет того, что ставил мировые рекорды. Нужно ли человеку это? Десять раз стоит подумать. 

Алкоголь вреден в любых дозах. Нет полезного алкоголя. Вот сейчас мне очень многие могут возразить, да и я сам всегда отдавал дань хорошему вину и другим напиткам. Но когда у меня возникла аритмия, а это было 5 лет назад, я почувствовал ее изнутри. И в результате пришлось полностью от этого удовольствия отказаться. 

— Для человека с вашей фамилией это, наверное, вообще сродни подвигу? 

— Видите ли, когда сердце начинает «барахлить», это очень серьезно меняет мировоззрение. 

— Вы на личном опыте знаете, что такое аритмия. Что вы как ученый с этим делаете? 

— Я принимаю антиаритмический препарат, который мне назначили. Кроме того, я знаю некоторые симптомы и предвестники, потому что понимаю физиологию и биофизику. Заранее чувствуя, чего не надо делать в тех или иных ситуациях, стараюсь их избегать. 

— Какие это предвестники?

— Ну, например, боли невралгического характера в области сердца. Мне подобное явление показалось достаточно любопытным, ведь оно встречается у пациентов довольно часто, и я решил его проанализировать. Это вариант так называемого гастрокардиального синдрома Ремхельда. Если, предположим, человек съест что-то раздражающее желудок, то восходящие импульсы через блуждающий нерв могут передаться к сердцу и вызвать сильную аритмию, а иногда даже коронароспазм. Так что нужно следить за характером питания. Во всем надо знать меру. Это важно не только для тех, кто уже болен, но и для желающих оставаться здоровыми. 

Беседовала Наталия Лескова

¹ Амиодарон, дронедарон, D-соталол, ибутилид, дофетилид, бретилий, нибентан, тедисамил, азимилид (прим. ред.).